本發(fā)明屬于冶金技術領域，具體涉及一種含釩汽車傳動軸用鋼及其生產方法。

背景技術：

中國是鈮資源貧乏國家，巴西冶金及礦業(yè)有限公司控制了世界85%的鈮生產。我國釩資源非常豐富，無論是資源儲備，還是釩產量均位于世界第一位。目前市面上的汽車傳動軸用鋼種，化學成分設計主要為碳、錳強化或Nb強化，使得鋼材的韌塑性及焊接性較差。隨著國家節(jié)能減排及汽車輕量化的要求，對汽車用鋼的使用要求越來越嚴，強度級別也逐步提高，因此開發(fā)一種既具有高強度，有具有良好韌塑性和焊接性的鋼材迫在眉睫。

本發(fā)明充分依托我國釩資源優(yōu)勢，開發(fā)了獨具特色的含釩汽車傳動軸用鋼。利用了V在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對較低，在熱軋γ→α轉變過程中，以V（C，N）化合物形式析出，在相變強化與細晶強化的綜合作用下，最終得到了高強度、良好韌性含釩汽車傳動軸用鋼板，其抗拉強度達420～580MPa，屈服強度≥360MPa，延伸率≥26%，是目前市面上強度級別較高的一種汽車傳動軸用鋼板，順應了汽車行業(yè)發(fā)展的需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種含釩汽車傳動軸用鋼及其生產方法。本方法利用了V在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對較低，在γ→α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化，因此在既需要較高強度又要求韌性的鋼中加入適量的V會起到良好的作用。

本發(fā)明的目的之一是提供一種含釩汽車傳動軸用鋼及其生產方法，所述傳動軸用鋼板化學成分及其重量百分比如下：C≤0.14%，Si≤0.40%，Mn：0.80～1.40%，P≤0.035%，S≤0.025%，V：0.010～0.080%，Ti≤0.06%，Als：0.015～0.060%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。

本發(fā)明所述含釩汽車傳動軸用鋼性能指標如下：抗拉強度達420～580MPa，屈服強度≥360MPa，延伸率≥26%。

本發(fā)明所述汽車傳動軸用鋼板組織為鐵素體加珠光體，其中珠光體占8～14%。

本發(fā)明的另一目的是提供上述一種含釩汽車傳動軸用鋼及其生產方法，包括下述工序：轉爐冶煉，LF精煉，板坯連鑄，板坯加熱，高壓水除鱗，控制軋制，控制冷卻。

本發(fā)明所述轉爐冶煉工序，按照設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯。

本發(fā)明所述板坯加熱工序，將板坯加熱至1180～1260℃。

本發(fā)明所述控制軋制工序包括粗軋、熱卷箱卷取、精軋。

本發(fā)明所述粗軋為5道軋制，出口溫度為1020～1080℃。

本發(fā)明所述精軋出口溫度為820～870℃。

本發(fā)明所述控制冷卻工序中層流冷卻速度15～30℃/S，所述卷取溫度為560～620℃。

本發(fā)明工藝中板坯優(yōu)先采用熱裝。

本發(fā)明化學成分的設計思路：汽車用鋼板(卷)是薄鋼板中產量比例較大、品種規(guī)格較多，技術含量和附加值較高的產品之一，汽車鋼板的品種和質量是冶金技術裝備和工業(yè)技術水平的重要標志。目前市場上汽車傳動軸用鋼產品，主要通過添加微合金元素Nb、Ti或Nb-Ti復合的成分體系，來達到汽車傳動軸用鋼的性能要求，如繼續(xù)沿用現(xiàn)有市場成分體系生產汽車傳動軸用鋼，對市場上推廣同質化產品難度較大，而且不能發(fā)揮我國V資源優(yōu)勢，因此含釩汽車傳動軸用鋼的研發(fā)工作勢在必行。

V在奧氏體中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對較低，是一種理想的低溫鐵素體析出強化元素。因此其主要作用是在γ→α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化。釩碳氮化物在奧氏體中析出將加速鐵素體形核，使轉變溫度升高；如果在奧氏體相中應變誘導析出碳氮化物，其對γ→α轉變影響更大，原因是析出控制了γ→α轉變的界面行為。雖然在控軋鋼中V的細化晶粒的作用不如Nb，但其析出強化的作用卻大于Nb，因此在既需要較高強度又要求韌性的鋼中加入適量的V會起到良好的作用。

C：0.14%以下，是低碳鋼中最經濟的強化元素，含量過高能降低鋼的塑性和沖擊韌性，惡化冷成型性能和焊接性能，所以目前汽車傳動軸用鋼[C]含量，在保證強度的前提下，[C]含量有很大程度降低。

Si：0.40%以下，能提高鋼的強度、疲勞極限、耐蝕性能。

Mn：0.80～1.40%，在汽車傳動軸用鋼中有較多良好的作用，錳是很好的脫氧劑，能夠擴大奧氏體區(qū)，降低奧氏體向多邊形鐵素體的轉變溫度，利用錳的固溶強化作用來提高鋼的強度。

P：0.035%以下，能提高鋼的強度，降低鋼的塑性，對焊接性能不利，并增加焊裂的敏感性，因此在汽車傳動軸用鋼中是一種有害元素，應盡可能降低P在鋼中的含量。

S：0.025%以下，硫和錳反應生成硫化物夾雜而存在鋼中，沿著鋼板的軋制方向延伸，形成嚴重的帶狀，降低鋼的塑性、冷成型性和沖擊韌性，所以降低硫含量和改變其在鋼中的夾雜形態(tài)是獲得高韌性至關重要的途徑。

V：0.010～0.080%，V除了溶解溫度較低和阻止再結晶的效果較弱外，和Nb有相似的作用。V僅在900℃以下對再結晶才有推遲作用，在奧氏體轉變以后，V幾乎己完全溶解，所以在固溶體中，V僅作為一個元素來影響奧氏體向鐵素體轉變。但與Nb相比，V使那些不希望有的非多邊形鐵素體產生得較少，這個特性對于厚度較大的鋼板是十分有利的。因V與鋼中的氮具有較強的親和力，所以V可以固定鋼中的“自由”氮，在鋼中，V與C和“自由”N結合形成V(C，N)化合物，大大降低了鋼中的“自由”N含量，避免了鋼的應變時效性。釩是相當強烈的碳氮化物形成元素。V主要通過鐵素體中C、N化合物的析出對強化有貢獻。V能產生沉淀強化作用進而提高屈服強度。在含釩鋼中，釩也以碳氮化物的形態(tài)存在而發(fā)揮重要作用。碳化釩、氮化釩及碳氮化釩均是非常穩(wěn)定的第二相，在很高的溫度下長時間保溫仍可保持細小的尺寸。

Ti：0.06%以下。通過細晶強化和析出強化提高鋼的強度，Ti可提高奧氏體的再結晶溫度，即在較高的溫度下實現(xiàn)奧氏體非再結晶區(qū)軋制，從而可使軋件在較高的溫度下完成軋制變形，同時軋后通過沉淀強化得到細小的TiC析出物，進而提高鋼的強度。

本發(fā)明工藝參數(shù)的設計思路：

軋制工藝：采用控軋控冷技術，加熱溫度控制在1180～1260℃范圍內的中上限，精軋出口溫度在820～870℃中上限，確保單相奧氏體區(qū)相變軋制，層冷采用前段集中冷卻工藝，將變形和熱處理相結合，得到期望的組織及細化晶粒，提高材料力學性能及冷彎成形性能。

軋制時鋼坯開軋溫度按1180～1260℃范圍控制，在這一溫度下，使得V的溶解度更大，避免了釩碳氮化物的析出，然后在軋制和卷取發(fā)生γ→α轉變過程中析出，起到晶粒細化和析出強化等作用。

結合含釩汽車傳動軸用鋼板所設計化學成分，軋制溫度的選擇對析出強化和細晶強化來講有此消彼長的影響，同時注意到，如果軋制溫度高到使材料在軋時處于再結晶態(tài)或不完全再結晶態(tài)，可能會導致晶粒細化不夠甚至混晶而影響成形性能，綜上考慮，精軋出口溫度按820～870℃范圍控制，卷取溫度按560～620℃范圍控制。

本發(fā)明根據(jù)V元素在控軋控冷中的作用機理：

一是析出強化，與其它微合金化元素相比，V的溶解度很大，在給定一定溫度時，V的溶解度更大，避免熱軋過程中釩碳氮化物的析出，大量的V被保留下來，在γ→α轉化中促進了V（C，N）的析出；二是V與N的親和力強，V將N從雜質中轉化一種有效合金；三是細晶強化，N促進V（C，N）的析出，阻止了鐵素體晶粒的長大。

本發(fā)明的特點是在常規(guī)強化元素碳、錳的基礎上，采用V微合金化及其與V,N復合微合金元素，實現(xiàn)元素間的相互配合，其強度主要通過微合金鋼中細小彌散的微合金碳、氮化物的析出強化來實現(xiàn)，同時輔以細晶強化和相變強化。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：充分利用了V在奧氏體化鋼中的固溶度較高，但在鐵素體中的固溶度相對較低，在γ→α轉變過程中的相間析出和在鐵素體中的析出強化，及其V與N微合金化析出強化作用，從而得到了高強度、良好韌性的含釩汽車傳動軸用鋼板，其抗拉強度達420～580MPa，屈服強度≥360MPa，延伸率≥26%，并實現(xiàn)工業(yè)化生產。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所生產寬帶鋼的金相組織顯微圖；

圖2為本發(fā)明實施例1所生產寬帶鋼的金相組織顯微圖；

圖3為本發(fā)明實施例1所生產寬帶鋼的金相組織顯微圖；

圖4為本發(fā)明實施例1所生產寬帶鋼的金相組織顯微圖；

圖5為本發(fā)明實施例1所生產寬帶鋼的金相組織顯微圖。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

實施例1

厚度2mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動軸用鋼板化學組分及重量百分比為：C：0.08%，Si：0.10%，Mn：0.82%，P：0.010%，S：0.002%，V：0.040%，Ti：0.020%，Als：0.015%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車傳動軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占8%。

生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1180℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控制冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1020℃；精軋出口溫度為820℃，層流冷卻速度25℃/min，卷取溫度為560℃。

實施例2

厚度2.5mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動軸鋼板化學組分及重量百分比為：C：0.09%，Si：0.12%，Mn：1.13%，P：0.012%，S：0.0025%，V：0.045%，Ti：0.022%，Als：0.025%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車傳動軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占9%。

生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1200℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1040℃；精軋出口溫度為840℃，層流冷卻速度23℃/min，卷取溫度為570℃。

實施例3

厚度3mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動軸鋼板化學組分及重量百分比為：C：0.10%，Si：0.15%，Mn：1.25%，P：0.014%，S：0.010%，V：0.050%，Ti：0.025%， Als：0.030%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車傳動軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占10%。

生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1240℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1060℃；精軋出口溫度為850℃, 層流冷卻速度24℃/min，卷取溫度為590℃。

實施例4

厚度4.0mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動軸鋼板化學組分及重量百分比為：C：0.14%，Si：0.30%，Mn：1.35%，P：0.015%，S：0.003%，V：0.010%，Ti：0.045%，Als：0.030%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車傳動軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占14%。

生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1250℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1070℃；精軋出口溫度為860℃, 層流冷卻速度26℃/min，卷取溫度為600℃。

實施例5

厚度6mm、寬度1250mm，含釩汽車傳動軸鋼板化學組分及重量百分比為：C：0.12%，Si：0.40%，Mn：1.40%，P：0.035%，S：0.025%，V：0.080%，Ti：0.06%，Als：0.060%，余量為Fe及不可避免的雜質元素。含釩汽車傳動軸鋼板組織為鐵素體加珠光體，珠光體約占12%。

生產方法：1）按照上述設定成分冶煉鋼水，鋼水LF精煉、板坯連鑄工序得到板坯；2）將板坯加熱至1260℃，經高壓水除鱗、粗軋、熱卷箱卷取、精軋、控軋冷卻得到熱軋卷板。

其中粗軋5道軋制，出口溫度為1080℃；精軋出口溫度為870℃, 層流冷卻速度30℃/min，卷取溫度為620℃。

對上述實施例1-5中的產品進行力學性能檢測，具有良好的力學強度及塑性匹配，具體指標如表1所示：

表1 實施例1-5性能檢測數(shù)據(jù)

以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。